RC, SFRC ja hübriidsegmendi vooderdisaini numbrilised uuringud
Selleks, et uurida betoonvooderdiskonstruktsioonide toimivust tunneli mastaabis ja võrrelda neid tavapäraste raudbetoonvooderdiste projektidega, analüüsiti erinevate armeeritud tunnelivooderdiste konstruktsioone eraldi, kasutades detailseid 2D-mudeleid, mis hõlmasid mördikihte ja üksikuid tunneli vooderdisegmente. vastuseks. Selleks määratleti tunneli etalonprojekt (katte sügavus 20 m, liivavundament, maapinna külgmise rõhu koefitsient 0,5), mille puhul määrati voodri koormus protsessi- orienteeritud tunneli simulatsioon (vt üksikasju punktis 6.4.1) (stabiilses olekus). Analüüs keskendus vastupidavusele, mida kvantifitseeriti maksimaalse pragu avanemisega, mis ületab lubatud laiuse 0,2 mm. Raudbetoonist vooderdisegmendid minimaalse tugevdusega (täiendav 10-10 C terasvardaid kõrge pingega piirkondades), teraskiust raudbetoonist vooderdisegmendid 60 kg/m3 60 mm tavatugevusega konksuotsa kiududega, ja hübriidsarrustust analüüsiti Vooderdisegmente (125 mm teraskiudbetoonist ribad ja 200 mm pikkused teraskiudbetoonist pealiskatted). SFRC ja RC voodri segmentide terase kogumass on sarnane (umbes 260 kg/segment), samas kui hübriidvoodri segmendis kasutatakse terast 65% vähem (92 kg/segment). Simulatsioon viidi läbi C40/{21}}klassi betooniga, mille kavandatud tõmbetugevus oli 2,5 N/mm2. SFRC-d sisaldavate konstruktsioonide puhul eeldatakse, et kiududel on isotroopne suund. Kirjandusest võib leida erinevate ohutuskontseptsioonide võrdlusi kiudude ja tavaliste jäigastatud segmentide ning mittelineaarse lõplike elementide analüüsi kohta.
Tüüpiliste koormuste korral tavalistes betoonsegmentvooderdistes suuri pragusid ei teki. Siiski on kaks potentsiaalset rikkerežiimi: võlvi sektsioonis täheldati minimaalset normaaljõudu (1375 kN/m) ja maksimaalset paindemomenti (329 kNm/m), mis võib põhjustada paindepragusid. Maksimaalne tõmbepinge tekib pikisuunalises liigendis 78 kraadi lähedal, tänu normaaljõule 1943 kN/m ja paindemomendile 217 kNm/m. See võib põhjustada segmenteeritud nurkade purunemist. Nende tähelepanekute põhjal loodi projekteerimise eesmärgil kaks koormusjuhtumit. Painduva võlviosa projekteerimiseks muudetakse koormusi nii, et tekkivat paindemomenti suurendatakse 1,5 korda ja normaaljõudu vähendatakse 0,5 korda. Pikisuunaliste liigeste ümber olevate konstruktsioonide puhul, kus on tõenäoline muljumine, suurendage tavalist jõudu ja paindemomenti 1,5 korda, et suurendada pinge ülekandmist ja säilitada liigendi pöörlemist.
Koormuskast: painutamine
Kõigi vooderdiste konstruktsioonide või tugevdusskeemide reaktsioon paindekoormustingimustele. Kuvatakse ainult võlvi segmendi paindereaktsioon, kuna see on piirkond, kus täheldatakse suurimaid pragusid. Lisaks on näidatud ainult pragude laius. Vooderdussüsteem ei saanud kahjustada ja toimis jätkuvalt kandekonstruktsioonina. Seetõttu on ainus tegur, mis piirab nende juhtumite valikut, prognoositud pragude laius, mis ei tohi ületada konkreetseid projekti nõudeid vastupidavuse piirseisundile (umbes 0,2 mm).
Ootuspäraselt olid tavalisel betoonvoodrirõngal (PC) suurimad paindepraod, kusjuures peamised praod tekkisid tunneli voodri ülaosa siseservas, kus ennustatakse maksimaalset paindemomenti. Väärib märkimist, et PC-skeemil on pigem mitme pragune käitumine (tavaliste survejõudude tõttu), mitte üks globaalne pragu, mis põhjustab segmendi rikke. Raudbetoonsegmendid näitasid sarnast reaktsiooni raudbetoonsegmentidele, mille peamine erinevus seisnes selles, et pragude muster oli korrapärasem. Selle asemel, et ennustada pragude suurusi, mis vastavad enam-vähem teatud punktis rakendatud paindemomendile, nagu PC-segmentides, on R-segmentides täheldatud pragude suurused enam-vähem sarnased, mis näitab, et terasvardad liiguvad tõhusalt mööda pragude reaktsiooni. varda pikkuse piirangud. Prognoositav maksimaalne pragude laius raudbetoonist sektsioonis on 0,158 mm, mis jääb kasutuspiirangus määratud talutavasse vahemikku alla 0,2 mm. Õnneks olid SFRC segmendid pragude laiuse vähendamisel kõige tõhusamad. Mõlema tugevdusvariandi tulemuseks on praod, mis jäävad oluliselt alla kasutuspiiri ja seetõttu on need tõhusad tugevduskonstruktsioonid. Hübriidse tugevdusskeemi korral on SFRC täislõike paindejõudlus veidi parem (0,112 mm vs. 0,142 mm). See vastab pragude laiuse suurenemisele ligikaudu 25%, samas kui SFRC vähenemine on kokku 75%.
Koormusjuhtum: lõhenemine pikisuunalistes liigendites
Kõigi vooderdiste konstruktsioonide või tugevdusskeemide reaktsioon lõhenemiskoormuse korral on näidatud joonisel 5.28. Suurim lõhenemispragu tekkis pikisuunalises ühenduskohas 78 kraadi tunneli tipust, mõõdetuna päripäeva rõnga ülaosast. Üldiselt on pragude maksimaalse laiuse prognoositavad suundumused sarnased paindevariandiga. Kuid lõhenemise korral osutus SFRC pragude laiuse vähendamisel tõhusamaks.
Oluline on märkida, et raudbetooni projekteerimisel ette nähtud terase minimaalne pragunemiskindlus ei ole piisav, et pidurdada tolerantse ületavate pragude teket. See näitab, et SFRC on pragude vältimiseks sobivam kui RC. Hübriidsete tugevdusskeemide tõhusust saab suurendada, kasutades suuremaid raudbetoonkatte pikkusi, kui need toimivad paremini kui tavalised raudbetoonkonstruktsioonid ja jäävad alla tavapäraste kasutuspiiride. Praod tekivad väljaspool teraskiu kihti ja teraskiukihi kate võib ainult piirata pragu edasist arengut. Optimaalse SFRC korgi pikkuse hindamiseks saab kasutada optimeerimisalgoritmi.
